JP2009138563A - 車両制御装置およびそれを用いた燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の積載重量を検出するセンサを新たに設置することなく既存のセンサによる検出情報から積載重量を推定する車両制御装置およびそれを用いた燃料噴射システムを提供する。
【解決手段】車両制御装置は、取得したアクセル開度の上昇率が所定値以下の場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、積載重量を推定しない。車両制御装置は、アクセル開度上昇率が所定値より大きい場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、アクセル開度上昇率およびエンジン回転数上昇率から積載重量係数を算出する（Ｓ３１０：Ｎｏ）。車両制御装置は、算出した積載重量係数から噴射量の最大噴射量である上限ガード値を算出する（Ｓ３２０）。上限ガード値は、積載重量が軽くなるにしたがい小さくなるように設定される。車両制御装置は、上限ガード値を燃料噴射弁の最大噴射量とし、上限ガード値の範囲内でエンジン運転状態に基づいて目標噴射量を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の積載重量を推定する車両制御装置およびそれを用いた燃料噴射システムに関する。

従来、例えば、アクセルが急激に踏み込まれたときに、アクセル開度の変化率を実際の変化率よりも低く見なして燃料噴射量を低減することにより、燃費を向上する技術が公知である。

また、特許文献１では、車速、エンジン回転数、エンジントルク、燃料流量等を検出し、これら検出情報に基づいて燃費が最良となるギア位置を運転者に知らせる技術が開示されている。
特開昭５７−２２９１８号公報

しかしながら、車両に積載されている搭乗者および積荷を合わせた積載重量の軽重によっては、燃料噴射量だけではなく、車両の各装置を適切に制御する制御量が異なることがある。前述した特許文献１を含む従来技術では、車両の積載重量に基づいた車両制御は考慮されていない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、車両の積載重量を検出するセンサを新たに設置することなく既存のセンサによる検出情報から積載重量を推定する車両制御装置およびそれを用いた燃料噴射システムを提供することを目的とする。

請求項１から６に記載の発明では、アクセル開度とエンジン回転数または車速とに基づいて車両の積載重量を推定する。
アクセル開度、エンジン回転数および車速は、エンジン運転状態を制御するために基本的に車両に設置された既存のセンサの検出信号から取得することができる。

これにより、積載重量を検出するセンサを新たに設置することなく、既存のセンサによる検出情報から取得したアクセル開度とエンジン回転数または車速とに基づいて車両の積載重量を推定できる。そして、推定した車両の積載重量に基づいて、車両の各種制御を適切に実施できる。

請求項２に記載の発明では、噴射量ガード手段は、推定した積載重量に基づき、内燃機関の気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射する噴射量の上限値を調整する。ここで、噴射量の上限値とは、エンジン運転状態に基づいて噴射量を制御する場合に、その値を超えて目標噴射量を設定しない上限値を表す。

このように、推定した積載重量に基づいて噴射量の上限値を調整することにより、積載重量に対して必要以上の燃料が上限値を超えて噴射されることを防止できる。積載重量に基づいて燃費を低減する適切な噴射量を設定できる。例えば、トラック等において積荷が空になったときに運転者がアクセルペダルを急激に踏み込み加速しようとしても、積載重量に基づいて噴射量の上限値を調整することにより、噴射量を抑制できる。

請求項３に記載の発明では、推定された積載重量が軽くなるにしたがい噴射量の上限値を低減する。
噴射量の上限値を固定の一定値ではなく、積載重量に応じて調整するので、積載重量に応じて適切に噴射量の上限値を設定できる。これにより、積載重量に応じて適切に燃費を向上できる。

ところで、積載重量が軽くなるにしたがい上限値が低減し続けると、積載重量が所定値以下に低減したときに燃料噴射量が極端に低減し、内燃機関の正常な運転が妨げられるおそれがある。

そこで、請求項４に記載の発明では、噴射量ガード手段は、推定した積載重量が所定値以下の場合、噴射量の上限値をそれ以上低減せず一定値にする。これにより、推定した積載重量が所定値以下の場合にも、内燃機関の運転に必要な燃料噴射量を確保できる。

尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による車両制御装置を用いた燃料噴射システムを図１に示す。
（燃料噴射システム１０）
本実施形態の蓄圧式の燃料噴射システム１０は、燃料噴射弁１２および車両制御装置としての電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）３０等から構成されている。

本実施形態では内燃機関としてディーゼルエンジン２を例示しているが、これ以外にも、車両に搭載される内燃機関としては、ガソリンまたはその他の燃料を燃焼して駆動トルクを生じるものであればどのようなものであってもよい。

燃料噴射弁１２は、４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）２の各気筒に設置され、図示しないコモンレールが蓄圧している燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁１２は、ノズルニードルに閉弁方向に燃料圧力を加える制御室の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。

車両制御装置としてのＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびフラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性メモリを中心とするマイクロコンピュータ（マイコン）からなる。ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２０、車速センサ２２、アクセル開度センサ２４等の各種センサの検出信号からエンジン２の運転状態を取得する。

エンジン回転数検出手段および速度検出手段であるクランク角センサ２０は、例えばクランクシャフトに設置された回転パルサの周囲に設けられた歯数を検出する。車速検出手段および速度検出手段である車速センサ２２は、タイヤ４の回転速度を検出する。アクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ２４は、運転者によるアクセルの踏み込み量をアクセル開度（ＡＣＣＰ）として検出する。

ＥＣＵ３０は、エンジン２を最適な運転状態に制御するために、取得したエンジン運転状態に基づいて車両に搭載された燃料噴射弁１２および他の装置の作動を制御する。
ＥＣＵ３０は、例えば各種センサから得たエンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁１２の噴射時期および噴射量を制御する。ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１２の噴射時期および噴射量を制御する噴射指令信号として噴射パルス信号を出力する。噴射パルス信号のパルス幅が長くなると、燃料噴射弁１２の制御室が低圧側に開放される時間が長くなるので、噴射量が増加する。ＥＣＵ３０は、噴射パルス信号のパルス幅と噴射量との関係を表す噴射量特性を、噴射圧であるコモンレール圧毎にマップとしてＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶している。

（ＥＣＵ３０の各手段）
ＥＣＵ３０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。

（１）アクセル開度取得手段
ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ２４の検出信号からアクセル開度を取得する。
（２）速度取得手段
ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２０の検出信号からクランク軸の回転数、つまりエンジン回転数を気筒毎に取得し、車速センサ２２の検出信号から車速を取得する。

（３）積載重量推定手段
ＥＣＵ３０は、アクセル開度とエンジン回転数または車速とに基づき、車両に積載されている搭乗者および積荷の積載重量を推定する。ただし、積載重量を推定するときに車速を使用する場合には、変速装置における変速段を考慮する必要がある。

以下、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて積載重量を推定する例について説明する。
ＥＣＵ３０は、所定時間間隔Δｔ（図２参照）におけるアクセル開度上昇率と、エンジン回転数上昇率とを次式（１）、（２）で算出する。図２において、ΔＡＣＣＰはΔｔにおけるアクセル開度上昇量、ΔＮＥはΔｔにおけるエンジン回転数上昇量を表している。

アクセル開度上昇率＝ΔＡＣＣＰ／Δｔ ・・・（１）
エンジン回転数上昇率＝ΔＮＥ／Δｔ ・・・（２）
そしてＥＣＵ３０は、式（１）、（２）で算出したアクセル開度上昇率とエンジン回転数上昇率とから次式（３）で積載重量係数を算出し、車両に積載されている搭乗者および積荷の積載重量を推定する。

積載重量係数＝エンジン回転数上昇率／アクセル開度上昇率 ・・・（３）
図２において、実線２００は積載重量が重い場合のエンジン回転数の変化を示し、点線２１０は積載重量が軽い場合のエンジン回転数の変化を示している。つまり、アクセル開度上昇率が同じ場合、車両の積載重量が軽くなるにしたがいエンジン回転数上昇率は高くなり、車両の積載重量が重くなるにしたがいエンジン回転数上昇率は低下する。この特性と式（３）とから、積載重量係数が大きくなるにしたがい車両の積載重量は軽くなり、積載重量係数が小さくなるにしたがい車両の積載重量は重くなると推定できる。

（４）噴射量ガード手段
エンジン２の駆動ルクは燃料噴射弁１２から噴射される燃料噴射量に応じて変化する。そして、車両の積載重量が重い場合にエンジン２が必要とする駆動トルクの最大値は積載重量が軽い場合より大きくなる。つまり、車両の積載重量が重い場合に必要とする噴射量の上限値は積載重量が軽い場合より大きくなり、車両の積載重量が軽い場合に必要とする噴射量の上限値は積載重量が重い場合より小さくなる。

したがって、車両の積載重量の軽重に関わらず燃料噴射弁１２の噴射量の上限値を一定にすると、積載重量が軽い場合、積載重量に対し不必要に多い燃料量を噴射することがある。そこで、ＥＣＵ３０は、前述した積載重量推定手段で推定した積載重量に基づいて燃料噴射弁１２の噴射量の最大噴射量である上限ガード値を可変に設定することにより、噴射量の上限値を調整する。上限ガード値が設定されると、後述する噴射量制御手段において、燃料噴射弁１２の目標噴射量は上限ガード値以上に設定されない。

ＥＣＵ３０は、式（３）で算出した積載重量係数を次式（４）に代入し、燃料噴射弁１２から噴射される噴射量の上限ガード値を算出する。
上限ガード値＝初期上限ガード値×（１−積載重量係数） ・・・（４）
尚、初期上限ガード値は、式（４）で算出した上限ガード値に関係なく、ＥＣＵ３０に初期値として設定されている上限ガード値である。

前述したように、積載重量係数は、車両の積載重量が軽くなると大きくなり、車両の積載重量が重くなると小さくなるので、（１−積載重量係数）の値は、車両の積載重量が軽くなると小さくなり、車両の積載重量が重くなると大きくなる。したがって、上限ガード値は、車両の積載重量が軽くなると小さくなり、車両の積載重量が重くなると大きくなる。

ただし、上限ガード値の最大値は初期上限ガード値である。したがって、ＥＣＵ３０は、式（４）において（１−積載重量係数）の最大値を１に設定する。
また、車両の積載重量が軽くなるにしたがい上限ガード値を小さくすると、積載重量が所定値以下の場合に上限ガード値が小さくなり過ぎることがある。その結果、エンジン２に噴射される噴射量が不足しエンジン２の駆動トルクが不足することにより、エンジン２の正常な運転が妨げられるおそれがある。そこで、ＥＣＵ３０は、積載重量が所定値以下の場合、（１−積載重量係数）を一定の下限値に設定する。

また、ＥＣＵ３０は、アクセル開度がほぼ一定になりアクセル開度上昇率がマイナスではない所定値以下になると、前回設定した上限ガード値をそのまま今回の上限ガード値として設定する。

また、ＥＣＵ３０は、アクセル開度上昇率がマイナスになると、上限ガード値の調整を行わず、初期上限ガード値をそのまま上限ガード値として設定する通常制御を実施する。
（５）噴射量制御手段
ＥＣＵ３０は、エンジン運転状態と、噴射量ガード手段で設定された上限ガード値とに基づき、上限ガード値の範囲内で目標噴射量を算出し、燃料噴射弁１２に指令する噴射パルス信号のパルス幅を設定する。

（積載重量推定ルーチン）
次に、ＥＣＵ３０による積載重量の推定について、図３の積載重量推定ルーチンに基づいて説明する。尚、車両の積載重量の変化頻度は、一般乗用車、バス、トラック等の車種に応じて異なる。また、同じ車種であっても、移動距離の長短等の車両の使用形態により積載重量の変化頻度は異なる。このような車種および車両の使用形態を考慮し、図３の積載重量推定ルーチンの実行頻度は適宜設定されることが望ましい。例えば、ＥＣＵ３０は、図３の積載重量推定ルーチンを常時、または一定時間間隔、または所定のイベント発生時、例えばエンジン始動時に実行してもよい。図３において「Ｓ」はステップを表している。図３に示すルーチンは、ＥＣＵ３０のＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている。

図３の積載重量推定ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずＳ３００において、アクセル開度センサ２４の検出信号からアクセル開度を取得し、クランク角センサ２０の検出信号からエンジン回転数を取得する。

Ｓ３０２においてＥＣＵ３０は、式（１）で算出したアクセル開度上昇率が所定値以下であるかを判定する。この所定値は、アクセルペダルの踏み込み量が変化せずアクセル開度がほぼ一定であると判定できる値に設定されている。そして、アクセル開度上昇率が所定値以下であることは、アクセルペダルの踏み込み量が変化せずアクセル開度がほぼ一定であるか、アクセルペダルが戻されていることを表している。そして、アクセル開度上昇率が所定値以下の場合、ＥＣＵ３０は、積載重量係数を算出せず、積載重量を推定しない。

アクセル開度上昇率が所定値以下の場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、３０４においてＥＣＵ３０は、さらにアクセル開度上昇率がマイナスであるかを判定する。アクセル開度上昇率がマイナスのとき、運転者はアクセルペダルを戻している。

アクセル開度上昇率がマイナスの場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、Ｓ３０６においてＥＣＵ３０は、初期上限ガード値を上限ガード値として設定する。アクセル開度上昇率が所定値以下ではあるがマイナスではない場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０はアクセルペダルの踏み込み量が変化せずアクセル開度がほぼ一定であると判断し、Ｓ３０８において前回設定した初期上限ガード値を今回の上限ガード値として設定する。Ｓ３０６、Ｓ３０８を実行後、ＥＣＵ３０はＳ３２２に処理を移行する。

アクセル開度上昇率が所定値より大きい場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０はアクセルペダルが踏み込まれていると判断し、Ｓ３１０において式（３）から積載重量係数を算出する。

Ｓ３１２においてＥＣＵ３０は、（１−積載重量係数）が下限値以下であるかを判定する。（１−積載重量係数）が下限値以下であれば（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は積載重量が所定値以下であると判断し、Ｓ３１４において（１−積載重量係数）を下限値に設定し、Ｓ３２０に処理を移行する。

（１−積載重量係数）が下限値より大きい場合（Ｓ３１２：Ｎｏ）、Ｓ３１６においてＥＣＵ３０は、（１−積載重量係数）が１以上であるかを判定する。（１−積載重量係数）が１より小さい場合（Ｓ３１６：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０はＳ３２０に処理を移行する。

（１−積載重量係数）が１以上であれば（Ｓ３１６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、噴射量の上限ガード値を初期上限ガード値に設定するために、Ｓ３１８において（１−積載重量係数）を１に設定する。

そして、Ｓ３２０においてＥＣＵ３０は、式（４）から上限ガード値を算出する。そして、Ｓ３２２においてＥＣＵ３０は、上限ガード値を燃料噴射弁の最大噴射量とし、上限ガード値の範囲内でエンジン運転状態に基づいて目標噴射量を算出して本ルーチンを終了する。

以上説明した上記実施形態では、車両の積載重量に基づいて、積載重量が軽くなるにしたがい噴射量の上限ガード値を小さくしている。これにより、積載重量が軽いときにアクセルペダルを踏み込んでも、必要以上に燃料が噴射されることを防止できる。その結果、燃費が向上する。

［他の実施形態］
上記実施形態では、積載重量が軽くなるにしたがい最大噴射量である噴射量の上限ガード値を可変に小さくしている。この場合、積載重量が軽くなるにしたがい、積載重量の範囲に応じて段階的に噴射量の上限ガード値を小さくしてもよい。

これに対し、積載重量が所定値以下になると、噴射量の上限ガード値を初期上限ガード値よりも小さい一定値にしてもよい。
また、積載重量に基づいて最大噴射量である上限ガード値を算出することにより噴射量の上限値を調整する代わりに、積載重量に基づいて噴射量の上限値を低減する低減量を算出することにより噴射量の上限値を調整してもよい。

また、車両制御装置であるＥＣＵ３０は、噴射量ガード手段以外の他の制御手段により、車両に搭載された燃料噴射弁以外の他の装置の作動を、推定した積載重量に基づいて制御してもよい。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。 アクセル開度およびエンジン回転数を説明するタイムチャート。 積載重量推定ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１０：燃料噴射システム、１２：燃料噴射弁、２０：クランク角センサ（クランク角検出手段、速度検出手段）、２２：車速センサ（車速検出手段、速度検出手段）、２４：アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）、３０：ＥＣＵ（車両制御装置、アクセル開度取得手段、速度取得手段、積載重量推定手段、噴射量ガード手段、噴射量制御手段）

Claims (6)

1. アクセル開度を取得するアクセル開度取得手段と、
   エンジン回転数または車速を取得する速度取得手段と、
   前記アクセル開度と前記エンジン回転数または前記車速とに基づいて車両の積載重量を推定する積載重量推定手段と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 推定した前記積載重量に基づき、内燃機関の気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射する噴射量の上限値を調整する噴射量ガード手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記噴射量ガード手段は、推定された前記積載重量が軽くなるにしたがい前記上限値を低減することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記噴射量ガード手段は、推定した前記積載重量が所定値以下の場合、前記上限値を一定値にすることを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
5. 前記上限値に基づいて前記燃料噴射弁の噴射量を制御する噴射量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２から4のいずれか一項に記載の車両制御装置。
6. 内燃機関の気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   エンジン回転数または車速を検出する速度検出手段と、
   請求項２からの５のいずれか一項に記載の車両制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射システム。

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